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6月22日，国网宁夏电力有限公司电力科学研究院电气设备智能检测技术攻关团队在实验室开展三维激光扫描技术应用研究，分析750千伏变电站主变压器套管内部载流连接件轴向的毫米级形变。这是宁夏电科院将三维激光扫描技术应用于电力设备缺陷诊断分析的又一次尝试。
在高压电力设备缺陷检测实践中，宁夏电科院探索运用三维激光扫描技术，将三维激光扫描立体模型与数字化仿真技术相结合，实现数字空间三维模型与实体模型映射比对，为设备故障机理还原及根源剖析提供了新的方法。
多方走访咨询，探寻悬浮放电原因
带电检测和在线监测是对气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）“把脉问诊”的有效手段。但GIS属于全封闭组合电器，对于其“内部病灶”的“诊断”，是电网高压设备试验检测人员面临的一道难题。
今年4月，在银川220千伏高桥变电站110千伏GIS大修工程中，宁夏电科院电气设备智能检测技术攻关团队成员在开展110千伏Ⅰ母1号伸缩节检修技术监督时，发现B相支撑绝缘子与屏蔽罩之间存在悬浮放电痕迹，周围散落有黑色粉末。
产生悬浮放电的根源在哪？黑色粉末是怎么产生的？为什么只有这一相支柱存在放电痕迹？种种问题待攻关团队破解。
宁夏电科院院级专家、攻关团队负责人马飞越介绍，绝缘子本身不会产生悬浮放电，将黑色粉末擦拭后，金属嵌件表面也没有异常。“其实用肉眼看不出来这一部件与正常部件有什么不同，我们猜测绝缘子可能存在出厂设计偏差，但需要精确的测量数据作为参考依据。”马飞越说。
支撑绝缘子是一种不规则的椭球状设备，以往只能采用游标卡尺测量其半长轴、半短轴，但椭球扁率、偏心率目前在国内没有特别精确的测量手段。攻关团队走访多地科研院所、高等院校，向行业内和行业外材料、金属专业专家咨询，邀请专家到现场指导，寻求解决问题的办法。
比对数字模型，发现设备制造误差
在不断“取经”的过程中，三维激光扫描技术进入了攻关团队成员的视线。结合结构光技术、相位测量技术、三维视觉技术、复合三维非接触式测量技术，三维激光扫描技术可在虚拟世界中创建实际物体的数字模型，常用于工业设计、瑕疵检测、刑事鉴定等场景。
“我们大胆设想，能不能利用三维激光扫描技术，在虚拟世界中创建绝缘子的数字模型，把绝缘子实体部件与三维数字模型对应起来，在数字世界找到这个偏差？”攻关团队成员陈磊说。
扫描角度精度如何控制？扫描出来的数字化三维模型如何比对出毫米级差异？这些都是攻关团队要突破的难关。
刚开始，攻关团队为了快速推进故障诊断，按照大于1毫米的扫描精度进行扫描，扫描出来的不同绝缘子的模型未见差异。
攻关团队将扫描精度设置为0.1毫米，扫描故障绝缘子得到了一个数字化三维模型，又扫描非故障绝缘子形成第二个数字化三维模型。在专业图像分析软件上，两个模型叠加，直观呈现出了设备部件的制造误差。
攻关团队发现，故障支撑绝缘子金属嵌件的制造尺寸和正常绝缘子相比，高了0.87毫米，导致安装屏蔽罩后金属嵌件高出屏蔽罩外表面，从而造成B相屏蔽罩未能与母线有效压紧，失去等电位连接，在感应电压作用下使屏蔽罩产生悬浮电位。屏蔽罩对金属嵌件的悬浮电位放电，相当于在间隙两侧金属形成的小电弧不断灼烧金属材质，因此支撑绝缘子嵌件产生了放电痕迹，周围形成烧蚀的黑色粉末。
“这个放电发展到后期极易引发绝缘子表面闪络故障。此次检修，我们对拆解下来的绝缘子均进行了三维激光扫描比对分析，并建立了绝缘子的数字化模型。”马飞越说。
找到问题根源，消除同类型设备缺陷
“现在我们不仅发现了部件的制造误差，更直观了解到设备部件悬浮电位放电为什么会发生。找到了问题根源就能‘对症下药’。”攻关团队成员孙尚鹏说。
宁夏电科院专业技术人员在宁夏电网GIS缺陷模拟仿真实验室对220千伏变电站110千伏GIS母线异常进行试验复现，完全按照GIS母线真实结构，对复装完成的B相母线开展空气超声波局部放电检测、声学成像检测、局部放电定位，复原了放电过程，与三维激光扫描成像还原的故障机理相互印证。
“我们通过缺陷复现，提出加强该类设备手孔盖板部位超声波检测的措施。”马飞越说。发现一个问题就要解决一类问题，国网宁夏电力组织开展同类设备绝缘子部位专项带电检测，及时消除支撑绝缘子存在的同类缺陷。
宁夏电科院持续深化三维激光扫描技术应用，加强缺陷模拟实验室建设及多物理场仿真实验室建设，实现三维激光扫描技术与缺陷模拟试验相结合，提升电力设备缺陷检测数字化水平。
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